(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層を複数積層してなる誘電体基板の内部および／または表面に、Ａｇおよび／またはＣｕを主成分とする導体層を被着形成してなる積層体であって、前記誘電体基板が、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉによるモル比による組成式を
（１−ｘ）Ｍｇ２ＳｉＯ４・ｘＭｇＴｉＯ３
と表した時、前記ｘが、０＜ｘ≦０．５を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で０．１〜１２重量部、ＢをＢ２Ｏ３換算で３〜２０重量部、ＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で１〜１０重量部、Ｍｇ以外のアルカリ土類金属を酸化物換算で１〜５重量部、ＳｉをＳｉＯ２換算で０〜３０重量部含有する誘電体磁器からなる第１の誘電体層と、ＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系の誘電体磁器からなる第２の誘電体層とを積層してなることを特徴とする積層体。
【請求項２】
前記第１の誘電体層は、前記主成分１００重量部に対して、さらにＭｎをＭｎＯ２換算で０．１〜５重量部含有することを特徴とする請求項１記載の積層体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、マイクロ波やミリ波などの高周波領域において使用される種々の共振器用磁器やＭＩＣ用誘電体基板、誘電体導波路や積層型セラミックコンデンサ等に用いることができる積層体に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、誘電体磁器は、マイクロ波やミリ波等の高周波領域において、誘電体共振器、ＭＩＣ用誘電体基板や導波路等に広く利用されている。そして、近年においては、携帯電話をはじめとする移動体通信等の発達および普及に伴い、電子回路基板や電子部品の材料として誘電体セラミックスの需要が増大しつつある。
【０００３】
電子回路基板や電子部品において、誘電体セラミックスと内部導体を同時焼成するに際しては、従来の誘電体セラミックスの焼成温度が１１００℃以上という高温であったため、導体材料としては、比較的高融点であるＰｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｍｏ等が使用されていた。これら高融点の導体材料は導通抵抗が大きいため、従来の電子回路基板において、共振回路やインダクタンスのＱ値が小さくなってしまい、導体線路の伝送損失が大きくなる等の問題があった。
【０００４】
そこで、係る問題点を解決すべく、導通抵抗の小さいＡｇ、Ｃｕ等と同時焼成可能な低温焼成の誘電体セラミックスが提案されている。例えば、本出願人が先に出願した特開平８−２０８３３０号公報に開示された誘電体磁器組成物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ2とＢ2Ｏ3、Ｌｉ2ＣＯ3からなるものであり、９００〜１０５０℃の比較的低温でＡｇ、Ｃｕ等の内部導体と同時に焼成でき、誘電体磁器の比誘電率εｒが１８以上、測定周波数７ＧＨｚでのＱ値が２０００以上の優れた特性を有し、高周波電子部品の小型化と高性能化を実現できるものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特開平８−２０８３３０号公報に開示された誘電体磁器組成物は、焼結温度がまだ高く、さらに焼結における収縮開始温度が８４５〜９６０℃と高温であるため、導体材料との収縮挙動のマッチングが悪く、焼成された基板や電子部品が反る、歪む等の問題があった。
【０００６】
即ち、導体としては、Ａｇおよび／またはＣｕを主成分とするもの、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、あるいはＡｇ、Ｃｕに対してガラス成分やセラミック成分、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属を添加したものがあるが、これらの導体は、焼成時における収縮開始温度が高くとも６５０℃程度であるため、上記誘電体磁器組成物の収縮開始温度との差が大きく、これにより、基板等が変形する等の問題があった。
【０００７】
また、上記公報に開示された誘電体磁器組成物では、比誘電率εｒが１８以上と高いため、この誘電体磁器組成物を用いて高周波用のモジュール基板を作製すると、例えば、容量を必要としない配線間、線路間、配線と線路間等に浮遊容量（寄生容量）が発生し、高周波特性が劣化したり、回路上の制約が生じるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、焼成温度を従来よりもさらに低下させることができ、収縮開始温度を低くして、導体層の収縮開始温度に近づけることができ、ＡｇやＣｕを主成分とする導体と同時焼成した場合でも反りや歪みを抑制できるとともに、比誘電率が低く、誘電損失の小さい誘電体磁器を用いた積層体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の積層体は、誘電体層を複数積層してなる誘電体基板の内部および／または表面に、Ａｇおよび／またはＣｕを主成分とする導体層を被着形成してなる積層体であって、前記誘電体基板が、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉによるモル比による組成式を
（１−ｘ）Ｍｇ２ＳｉＯ４・ｘＭｇＴｉＯ３
と表した時、前記ｘが、０＜ｘ≦０．５を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で０．１〜１２重量部、ＢをＢ２Ｏ３換算で３〜２０重量部、ＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で１〜１０重量部、Ｍｇ以外のアルカリ土類金属を酸化物換算で１〜５重量部、ＳｉをＳｉＯ２換算で０〜３０重量部含有する誘電体磁器からなる第１の誘電体層と、ＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系の誘電体磁器からなる第２の誘電体層とを積層してなることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、第１の誘電体層が、比誘電率が４．９〜１５で、測定周波数１４ＧＨｚでのＱ値が１０００以上であり、かつ、焼成温度を８７０〜９２０℃、収縮開始温度を７６０〜８６０℃とすることが可能となる。従って、基板や電子部品において、Ａｇ、Ｃｕを主成分とする導体層と同時焼成した場合でも反りや歪み等の発生を抑制することができる。また、このような構成を採用することにより、主成分が（１−ｘ）Ｍｇ２ＳｉＯ４・ｘＭｇＴｉＯ３と表した時、ｘが０＜ｘ≦０．５を満足する第１の誘電体層とＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系の誘電体磁器からなる第２の誘電体層との焼成収縮挙動を近くすることができるとともに、Ａｇおよび／またはＣｕを主成分とする導体を使用しても積層体の変形がなく、高い高周波特性を有するとともに、低温焼成ができ、さらに、誘電体層が低誘電率であるため、容量を必要としない配線間、線路間、配線と線路間等における浮遊容量の発生を抑制できる。
【００１１】
また、主成分１００重量部に対して、さらにＭｎをＭｎＯ2換算で０．１〜５重量部含有することが望ましい。これにより、誘電体磁器の焼結性をさらに向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の積層体は、誘電体層を複数積層してなる誘電体基板の内部および／または表面に、Ａｇおよび／またはＣｕを主成分とする導体層を被着形成してなる積層体であって、誘電体基板が、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉによるモル比による組成式を
（１−ｘ）Ｍｇ２ＳｉＯ４・ｘＭｇＴｉＯ３と表した時、前記ｘが、０＜ｘ≦０．５を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で０．１〜１２重量部、ＢをＢ２Ｏ３換算で３〜２０重量部、ＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で１〜１０重量部、Ｍｇ以外のアルカリ土類金属を酸化物換算で１〜５重量部、ＳｉをＳｉＯ２換算で０〜３０重量部含有する誘電体磁器からなる第１の誘電体層と、ＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系の誘電体磁器からなる第２の誘電体層とを積層してなるものである。本発明の積層体の第１の誘電体層を構成する誘電体磁器（以下、本発明の誘電体磁器ということがある）は、フォルステライト結晶粒子、または該フォルステライト結晶粒子と、金属元素として少なくともＭｇとＴｉを含有する複合酸化物からなる結晶粒子とを含むとともに、粒界に、元素としてＡｌ、Ｂ、Ｌｉおよびアルカリ土類金属が存在するものである。
【００１６】
ここで、Ｍｇ２ＳｉＯ４とＭｇＴｉＯ３とのモル比ｘを、０＜ｘ≦０．５としたのは、ｘが０．５を超える場合には、高誘電率のＭｇＴｉＯ３の割合が増加するため、比誘電率が大きくなるからである。さらに、０＜ｘであるため、本発明の第１の誘電体層とＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系の誘電体磁器からなる第２の誘電体層との積層体を作製する場合には、第１誘電体層と第２の誘電体層との焼成収縮挙動を近くすることができる。
【００１７】
Ａｌ量を上記範囲に限定したのは、Ａｌ2Ｏ3換算量が０．１重量部未満の場合にはＱ値の向上及び耐水性の改善には効果が無く、逆に１２重量部を越える場合には、焼結性が低下すると共に、Ｑ値が低下するからである。よって焼結性を維持し、高いＱ値と耐水性を得るという観点からＡｌはＡｌ2Ｏ3換算で０．５〜５重量部含有することが望ましい。
【００１８】
また、Ｂ量を上記範囲に限定したのは、Ｂ2Ｏ3換算量が３重量部未満の場合には１１００℃でも焼結せず、ＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成ができなくなり、逆に２０重量部を越える場合には、焼結体中のガラス相の割合が増加して、Ｑ値が低下するからである。よって、焼結性を維持し、高いＱ値を得るという観点からＢはＢ2Ｏ3換算で５〜１５重量部含有することが望ましい。硼素含有化合物としては、金属硼素（Ｂ）、Ｂ2Ｏ3、コレマイト、ＣａＢ2Ｏ4、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸アルカリガラス、ホウケイ酸アルカリ土類ガラス等がある。
【００１９】
また、Ｌｉ量を上記範囲に限定したのは、Ｌｉ2ＣＯ3換算量が１重量部未満の場合には１１００℃でも焼結せず、ＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成ができなくなり、逆に１０重量部を越える場合には、Ｑ値が低下するからである。焼結性と誘電体磁器のＱ値の観点からＬｉのＬｉ2ＣＯ3換算量は４〜９重量部が望ましい。
【００２０】
また、主成分１００重量部に対して、Ｍｇ以外のアルカリ土類金属（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）の少なくとも一種を酸化物換算で１〜５重量部含有したのは、これらが酸化物換算で１重量部未満の場合には、誘電体磁器の焼結過程における収縮開始温度が約８７０℃と高く、添加効果が得られない。一方、５重量部を越えると、誘電体磁器のＱ値が低下する。とりわけ誘電体磁器の焼結性とＱ値の観点からはアルカリ土類金属は酸化物（ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）換算で合計１．５〜３．５重量部含有することが好ましい。アルカリ土類金属はＢａ、Ｃａが高Ｑ値となるという点から望ましい。
【００２１】
またさらにＳｉを上記範囲に限定したのは、ＳｉＯ2換算量が３０重量部を越えると、ガラス相の割合が減少してＱ値が低下するからである。誘電体磁器のＱ値の観点からは、ＳｉのＳｉＯ2換算量は１０重量部以下含有することが望ましい。
【００２２】
さらに、本発明の誘電体磁器では、焼結性を改善する点から、主成分１００重量部に対して、さらにＭｎをＭｎＯ2換算で０．１〜５重量部含有することが望ましい。ＭｎをＭｎＯ2換算で０．１〜５重量部含有せしめたのは、０．１重量部よりも少ない場合にはその添加効果が小さく、さらに５重量部よりも多い場合には誘電特性が悪化するからである。ＭｎはＭｎＯ2換算で１．２〜１．８重量部含有することが望ましい。
【００２３】
本発明の誘電体磁器は、原料粉末として、例えば、Ｍｇ2ＳｉＯ4粉末と、ＭｇＴｉＯ3粉末と、Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｂ2Ｏ3粉末、Ｌｉ2ＣＯ3粉末、ＳｉＯ2粉末、アルカリ土類酸化物粉末（ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）を準備し、これらを上記した組成比となるように秤量し、ＺｒＯ2ボールにより粉砕混合し、この混合粉末を６５０〜８５０℃で仮焼した後、再度ＺｒＯ2ボールにより粉砕粒径が２．５μｍ以下になるまで粉砕、混合する。
【００２４】
この仮焼粉末をプレス成形やドクターブレード法等の公知の方法により所定形状に成形し、大気中、酸素雰囲気中または窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気において８７０〜９２０℃で０．５〜２時間焼成することにより得られる。原料粉末は、焼成により酸化物を生成する水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を用いても良い。本発明の誘電体磁器中には、不可避不純物として、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｓｎ等が含まれることもある。
【００２５】
Ａｌ2Ｏ3とアルカリ土類金属は、ガラスフリットとして添加することが焼結性向上の点から望ましい。例えば、Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｂ2Ｏ3粉末、Ｌｉ2ＣＯ3粉末、ＳｉＯ2粉末、アルカリ土類金属酸化物粉末を用いてガラスフリットを作製して添加する。この際、Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｂ2Ｏ3粉末、Ｌｉ2ＣＯ3粉末、ＳｉＯ2粉末、アルカリ土類酸化物粉末として添加される量は、上記ガラスフリットで用いられた量を差し引いた量であることは言うまでもない。
【００２６】
本発明の誘電体磁器では、フォルステライト結晶粒子を主結晶粒子とし、これに必要に応じて金属元素として少なくともＭｇとＴｉを含有する複合酸化物からなる結晶粒子、主には（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏが析出し、組成によってはＭｇＴｉＯ3が析出する場合もある。
【００２７】
尚、アルカリ土類金属は、ＭｇＴｉＯ3のＡサイトに固溶したり、あるいはガラスとなって、焼結性を向上させることになる。本発明の誘電体磁器では平均結晶粒径が１〜５μｍのものである。
【００２８】
本発明の積層体は、誘電体層を複数積層してなる誘電体基板の内部および／または表面に、Ａｇおよび／またはＣｕを主成分とする導体層を有する積層体であって、上記低誘電率の第１の誘電体層と高誘電率のＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系の第２の誘電体層とを積層して積層体を作製すると、高誘電率が要求されるコンデンサ、フィルタ等を高誘電率のＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系の第２の誘電体層で形成し、配線間等の浮遊容量を発生させたくない配線等については、本発明の低誘電率の第１の誘電体層で形成することができる。
【００２９】
このような積層体では、内部導体としてＡｇおよび／またはＣｕを主成分とする導体層を使用しても積層体の変形がなく、高い高周波特性を有するとともに、低温焼成ができ、さらに、誘電体層のうち少なくとも一層が低誘電率の第１の誘電体磁器からなるため、この第１の誘電体層を利用して電極、線路等を形成することにより、容量を必要としない配線間、線路間、配線と線路間等における浮遊容量の発生を抑制できる。
【００３０】
【実施例】
Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｂ2Ｏ3粉末、Ｌｉ2ＣＯ3粉末、ＳｉＯ2粉末、アルカリ土類酸化物（ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）粉末、ＭｎＯ2粉末を表１に示すような組成で添加し、これを用いて作製されたガラスフリットと、原料として純度９９％以上のＭｇ2ＳｉＯ4、ＭｇＴｉＯ3粉末を表１に示す割合となるように秤量し、純水を媒体とし、ＺｒＯ2ボールを用いたボールミルにて２０時間湿式混合した。
【００３１】
次に、この混合物を乾燥（脱水）し、８００℃で１時間仮焼した。この仮焼物を粉砕粒径が１．４μｍ以下になるように粉砕し、誘電特性評価用の試料として直径０．０１ｍ、高さ０．００８ｍの円柱状に１００００ｔｏｎ／ｍ2の圧力でプレス成形し、これを表１に示す温度で２時間焼成し、直径０．００８ｍ、高さ０．００６ｍの円柱状の試料を得た。なお、各組成物について、ＴＭＡ分析における熱収縮曲線から、収縮がはじまる時の温度（収縮開始温度）を測定した。
【００３２】
尚、本発明者等は、Ｘ線回折測定およびＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）により、本発明の試料では主結晶粒子がフォルステライト結晶粒子であり、場合によって、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏで表される結晶粒子が存在し、粒界に、元素としてＢ、アルカリ土類金属が存在することを確認した。
【００３３】
誘電特性の評価は、前記試料を用いて誘電体円柱共振器法にて周波数１４ＧＨｚにおける比誘電率とＱ値を測定し、表１に記載した。なお、試料Ｎｏ．５、９、１０、１９は参考試料である。
【００３４】
【表１】
0004535592.tif 000002
【００３５】
この表１から、本発明の誘電体磁器では、モル比による組成式（１−ｘ）Ｍｇ2ＳｉＯ4・ｘＭｇＴｉＯ3においてｘが、０≦ｘ≦０．８を満足し、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で０．１〜１２重量部、ＢをＢ2Ｏ3換算で３〜２０重量部、ＬｉをＬｉ2ＣＯ3換算で１〜１０重量部、ＳｉをＳｉＯ2換算で０〜３０重量部、アルカリ土類金属を酸化物換算で１〜５重量部含有する場合には、比誘電率が４．９〜１５で、測定周波数１４ＧＨｚでのＱ値が１０００以上であり、かつ、焼成温度を８７０〜９２０℃、収縮開始温度を７６０〜８６０℃とできることが判る。これにより、基板や電子部品において、Ａｇ、Ｃｕを主成分とする導体と同時焼成した場合でも反りや歪み等の発生を抑制することができる。
【００３６】
一方、Ｌｉを含有しない場合には、試料Ｎｏ．７に示すように、焼成温度が１１５０℃、収縮開始温度が９５０℃と高くなり、Ａｇ、Ｃｕを主成分とする導体と同時焼成できないことが判る。さらに、Ｍｇ以外のアルカリ土類金属を含有しない場合には、試料Ｎｏ．１１に示すように、焼成温度が８８０℃、収縮開始温度が８７０℃と高くなることが判る。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、第１の誘電体層が、フォルステライト本来のＱ値をそれほど劣化させることなく、９２０℃以下の低温焼成が可能となるとともに、フォルステライト自体が低誘電率であるため、比誘電率を１５以下にできる。そして、主成分が（１−ｘ）Ｍｇ２ＳｉＯ４・ｘＭｇＴｉＯ３と表した時、ｘが０＜ｘ≦０．５を満足する第１の誘電体層とＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系の第２の誘電体層との焼成収縮挙動を近くすることができるとともに、Ａｇおよび／またはＣｕを主成分とする導体を使用しても積層体の変形がなく、高い高周波特性を有するとともに、低温焼成ができ、さらに、第１の誘電体層が低誘電率であるため、この第１の誘電体層を利用することにより、容量を必要としない配線間、線路間、配線と線路間等における浮遊容量の発生を抑制できる。
【００３８】
特に、モル比による組成式を、（１−ｘ）Ｍｇ2ＳｉＯ4・ｘＭｇＴｉＯ3と表した時、ｘが、０≦ｘ≦０．８を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で０．１〜１２重量部、ＢをＢ2Ｏ3換算で３〜２０重量部、ＬｉをＬｉ2ＣＯ3換算で１〜１０重量部、ＳｉをＳｉＯ2換算で０〜３０重量部、Ｍｇ以外のアルカリ土類金属を酸化物換算で１〜５重量部含有する誘電体磁器では、比誘電率が４．９〜１５で、測定周波数１４ＧＨｚでのＱ値が１０００以上であり、かつ、焼成温度を８７０〜９２０℃、収縮開始温度を７６０〜８６０℃とすることができ、基板や電子部品において、Ａｇ、Ｃｕを主成分とする導体と同時焼成した場合でも反りや歪み等の発生を抑制することができる。